KR101834756B1 - 게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101834756B1
KR101834756B1 KR1020170014860A KR20170014860A KR101834756B1 KR 101834756 B1 KR101834756 B1 KR 101834756B1 KR 1020170014860 A KR1020170014860 A KR 1020170014860A KR 20170014860 A KR20170014860 A KR 20170014860A KR 101834756 B1 KR101834756 B1 KR 101834756B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gate
igbt
gate driver
slope
current
Prior art date
Application number
KR1020170014860A
Other languages
English (en)
Inventor
박준성
김진홍
최준혁
현병조
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020170014860A priority Critical patent/KR101834756B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101834756B1 publication Critical patent/KR101834756B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04—Modifications for accelerating switching
    • H03K17/0406—Modifications for accelerating switching in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/04—Arrangements for controlling or regulating the speed or torque of more than one motor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04—Modifications for accelerating switching
    • H03K17/042—Modifications for accelerating switching by feedback from the output circuit to the control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

본 발명은 게이트드라이버 구동장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 게이트드라이버 구동장치는 게이트가 복수개의 게이트 저항을 포함하는 게이트드라이버와 연결되는 IGBT, 일단이 게이트드라이버, IGBT의 에미터 및 켈빈 에미터와 연결되고, 타단이 파워 에미터와 연결되는 인덕터, 인덕터의 양단 사이에 걸린 전압을 이용하여 IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출하고, 산출된 전류의 기울기를 이용하여 IGBT의 다음 스위칭 상태가 결정되도록 복수개의 게이트 저항을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법{Gate driver driving apparatus, system and method}
본 발명은 게이트드라이버 구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전류의 기울기를 이용하여 게이트드라이버를 제어하는 게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 에너지 효율을 높이기 위해 가전제품(에어컨, 세탁기, 냉장고 등)에 인버터에 의해 제어되는 3상 브러쉬리스 직류(Brushless DC, BLDC) 모터를 사용하는 경우가 많아지고 있다. 브러쉬리스 직류 모터는 무정류자 모터(commutatorless motor)라고도 하며, 통상 직류 모터의 중요한 부품인 브러쉬와 정류자 대신 트랜지스터, 모스펫(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor, MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor, IGBT)와 같은 전력 스위칭 반도체 소자를 사용한 전자회로의 스위치에 의해 고정자 권선에 흐르는 전류를 절환하여 토크를 발생시켜 구동하는 모터이다.
한편, 이러한 브러쉬리스 직류 모터를 구동시키는 기존의 게이트드라이버는 게이트저항이 고정되어 IGBT의 구동을 능동적으로 대응하기 어려워 스위칭 속도가 느리고, 스위칭으로 인해 발생되는 전력손실이 커져서 시스템 효율이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
따라서, IGBT의 스위칭 속도를 빠르게 하여 스위칭 손실을 줄일 수 있는 게이트드라이버 구동장치가 필요한 실정이다.
한국등록특허공보 제10-1227461호(2013.01.23.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 IGBT의 스위칭속도를 빠르게 하여 스위칭 손실을 줄이는 게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 게이트드라이버 구동장치는, 게이트(gate)가 복수개의 게이트 저항을 포함하는 게이트드라이버와 연결되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor), 일단이 상기 게이트드라이버, 상기 IGBT의 에미터(emitter) 및 켈빈 에미터(kelvin emitter)와 연결되고, 타단이 파워 에미터(power emitter)와 연결되는 인덕터, 상기 인덕터의 양단 사이에 걸린 전압을 이용하여 상기 IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출하고, 상기 산출된 전류의 기울기를 이용하여 상기 IGBT의 다음 스위칭 상태가 결정되도록 상기 복수개의 게이트 저항을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한 상기 IGBT는, 캐소드(cathode)가 컬렉터(collector)와 연결되고, 애노드(anode)가 에미터와 연결되는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 인덕터의 양단 사이에 걸린 전압을 이용하여 상기 IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출하는 기울기 산출기, 상기 산출된 전류의 기울기에 대한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 비교기 및 상기 변환된 디지털 신호를 이용하여 상기 IGBT의 스위칭 상태를 판단하고, 상기 판단된 스위칭 상태를 기초로 상기 복수개의 게이트 저항을 제어하여 상기 IGBT의 다음 스위칭 상태를 결정하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 기울기 산출기는, 하기 수학식을 이용하여 상기 전류의 기울기를 산출하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure 112017011112569-pat00001
여기서, di/dt는 시간에 따른 전류 값으로써, IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 의미하고, VLE는 인덕터의 양단 사이에 걸린 전압을 의미하며, LE는 인덕터의 인덕턴스를 한다.
또한 상기 제어기는, 상기 디지털 신호가 로우(low)인 제1 구간, 상기 디지털 신호가 로우에서 하이(high)로 변경된 제2 구간 및 상기 디지털 신호가 하이에서 로우로 변경된 제3 구간으로 구분하여 상기 IGBT의 스위칭 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어기는, 상기 디지털 신호가 하이에서 로우로 변경되면 상기 복수개의 게이트 저항에 대한 저항값이 변경되도록 제어하는 것을 특징을 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 복수개의 게이트 저항과 각각 연결된 트랜지스터의 온오프(on/off)를 제어하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 IGBT의 스위칭 속도가 빨라지도록 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 게이트드라이버 구동시스템은, 복수개의 게이트 저항을 포함하는 게이트드라이버, 게이트가 상기 게이트드라이버와 연결되는 IGBT, 일단이 상기 게이트드라이버, 상기 IGBT의 에미터(emitter) 및 켈빈 에미터(kelvin emitter)와 연결되고, 타단이 파워 에미터(power emitter)와 연결되는 인덕터 및 상기 인덕터의 양단 사이에 걸린 전압을 이용하여 상기 IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출하고, 상기 산출된 전류의 기울기를 이용하여 상기 IGBT의 다음 스위칭 상태가 결정되도록 상기 복수개의 게이트 저항을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한 상기 게이트드라이버는, 상기 복수개의 게이트 저항 중 일부가 상기 IGBT의 게이트와 연결되고, 상기 복수개의 게이트 저항 중 나머지가 상기 인덕터의 일단과 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 게이트드라이버 구동방법은, IGBT의 게이트 및 에미터 양단에 전압차가 발생되면, 게이트드라이브 구동장치가 인덕터 양단 사이의 전압을 이용하여 상기 IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출하는 단계 및 게이트드라이브 구동장치가 상기 산출된 전류의 기울기를 이용하여 상기 IGBT의 다음 스위칭 상태가 결정되도록 복수개의 게이트 저항이 포함된 게이트드라이버를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법은 IGBT의 에미터와 연결된 인덕터 양단의 전압을 측정하여 전류의 기울기를 산출하고, 산출된 전류의 기울기를 이용하여 게이트드라이버의 게이트 저항을 제어함으로써, IGBT의 스위칭속도를 빠르게 하여 스위칭 손실을 줄인다. 이를 통해, 시스템의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트드라이버 구동시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트드라이버 구동시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트드라이버를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 종래기술 및 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트드라이버 구동장치의 IGBT 스위칭 파형을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 게이트드라이버 구동방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트드라이버 구동시스템을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트드라이버 구동시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 게이트드라이버 구동시스템(10)은 게이트드라이버(100)를 구동시켜 모터에 안정적인 전원을 공급시켜주는 시스템이다. 바람직하게는, 게이트드라이버 구동시스템(10)은 브러쉬리스 직류 모터에 전원을 공급할 수 있다. 게이트드라이버 구동시스템(10)은 게이트드라이버 구동장치(20) 및 게이트드라이버(100)를 포함한다.
게이트드라이버 구동장치(20)는 게이트드라이버(100)를 구동시키는 장치이다. 게이트드라이버 구동장치(20)는 IGBT(200), 인덕터(300), 제어부(400)를 포함한다.
IGBT(200)는 금속 산화막 박도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)와 양극성 접합 트랜지스터(BJT)를 결합한 소자이다. 상세하게는, IGBT(200)는 MOSFET에서 게이트(gate)와 BJT에서 컬렉터(collector) 및 에미터(emitter)를 결합한 소자이다.
IGBT(200)는 다이오드(250)를 포함한다. 이를 통해, IGBT(200)는 전류밀도를 증가시키고, 열 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 긴 수명과 신뢰성을 향상시킬 수 있다. IGBT(200)는 다이오드(250)의 캐소드(cathode)가 컬렉터와 연결되고, 다이오드(250)의 애노드(anode)가 에미터와 연결된다.
인덕터(300)는 일단이 게이트드라이버(100), IGBT(200)의 에미터 및 켈빈 에미터(kelvin emitter)와 연결되고, 타단이 파워 에미터(power emitter)와 연결된다. 인덕터(300)는 IGBT(200)의 에미터가 연장되는 개념으로써, 기생 인덕턴스(LE)를 가져 스위칭 손실을 낮출 수 있다. 켈빈 에미터는 IGBT(200)의 에미터에 대한 전압값이다. 파워 에미터는 기준이 되는 전압값이다.
여기서, 인덕터(300)는 IGBT(200)와 개별구성으로 설명하고 있으나 이에 한정되지 않고, IGBT(200)에 포함되는 형태일 수 있다. 즉, 인덕터(300)는 IGBT(200)와 하나의 소자로 형성될 수 있다.
제어부(400)는 인덕터(300)의 양단 사이에 걸리는 전압을 이용하여 IGBT(200)의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출하고, 산출된 전류의 기울기를 이용하여 IGBT(200)의 다음 스위칭 상태가 결정되도록 게이트드라이버(100)를 제어한다. 제어부(400)는 기울기 산출기(500), 비교기(600) 및 제어기(700)를 포함한다.
기울기 산출기(500)는 인덕터(300)의 양단 사이에 걸린 전압을 이용하여 IGBT(200)의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출한다. 기울기 산출기(500)는 오피 앰프(op-amp)일 수 있고, 바람직하게는 오프 앰프의 비반전 입력(+)이 켈빈 에미터와 연결되고, 반전 입력(-)이 파워 에미터와 연결될 수 있다. 기울기 산출기(500)는 [수학식 1]을 이용하여 전류의 기울기를 산출하며, 산출된 전류의 기울기를 아날로그 신호 형태로 출력된다.
Figure 112017011112569-pat00002
여기서, VLE는 인덕터(300)의 양단 사이에 걸린 전압을 의미하고, LE는 인덕터(300)의 인덕턴스를 의미하며, di/dt는 시간에 따른 전류 값으로써, IGBT(200)의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 의미한다. 이 때, di의 i는 ic로 IGBT(200)의 컬렉터 전류일 수 있다.
비교기(600)은 기울기 산출기(500)로부터 산출된 전류의 기울기에 대한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 바람직하게는, 비교기(600)은 아날로그 비교기일 수 있다. 비교기(600)은 전류의 기울기를 기초로 IGBT(200)가 온(on)인 경우, 하이(high)로 신호 변환을 하고, IGBT(200)가 오프(off)인 경우, 로우(low)로 신호 변환을 한다.
제어기(700)는 비교기(600)에서 변환된 디지털 신호를 이용하여 IGBT(200)의 스위칭 상태를 판단한다. 제어기(700)는 디지털 신호를 3구간으로 구분하여 IGBT(200)의 스위칭 상태를 판단한다. 여기서, 제1 구간은 디지털 신호가 로우인 구간이고, 제2 구간은 디지털 신호가 로우에서 하이로 변경된 구간이며, 제3 구간은 디지털 신호가 하이에서 로우로 변경된 구간이다. 제어기(700)는 디지털 신호의 로우, 하이에 대한 전압 상태를 이용하여 IGBT(200)의 스위칭 상태를 판단할 수 있다.
제어기(700)는 판단된 스위칭 상태를 이용하여 복수개의 게이트 저항을 제어함으로써, IGBT(200)의 다음 스위칭 상태를 결정한다. 상세하게는, 제어기(700)는 디지털 신호가 하이에서 로우로 변경되면 복수개의 게이트 저항에 대한 저항값이 변경되도록 제어한다. 즉, 제어기(700)는 제2 구간에서 제3 구간으로 넘어가는 순간일 때, 게이트드라이버(100)의 저항값이 최소 저항값이 되도록 복수개의 게이트 저항과 각각 연결된 트랜지스터의 온오프(on/off)를 제어하는 제어신호(750)를 생성한다. 따라서, 제어기(700)는 게이트드라이버(100)의 저항값을 최소 저항값으로 제어함으로써, IGBT(100)의 스위칭 속도가 빨라지도록 할 수 있다.
게이트드라이버(100)는 IGBT(200)에 전류를 원활하게 공급하기 위한 소스 역할을 해주는 집적회로(integrated circuit, IC)이다. 게이트드라이버(100)는 복수개의 게이트 저항을 포함하고, 복수개의 게이트 저항은 각각 스위치가 연결된다. 이를 통해, 게이트드라이버(100)는 스위치의 온오프에 따라 다양한 게이트 저항에 대한 저항값(Rg)을 제공할 수 있다. 한편, 게이트드라이버(100)는 복수개의 게이트 저항 중 일부가 IGBT(200)의 게이트와 연결되고, 복수개의 게이트 저항 중 나머지가 인덕터(300)의 일단과 연결된다. 게이트드라이버(100)의 상세한 설명은 도 3을 통해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 게이트드라이버를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 게이트드라이버(100)는 복수개의 게이트 저항(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118)을 포함한다. 복수개의 게이트 저항(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118)은 동일한 저항값을 가지는 저항이거나, 서로 다른 저항값을 가지는 저항일 수 있다. 또한 게이트드라이버(100)는 복수개의 게이트 저항(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118)에 스위치(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138)가 각각 연결된다. 각각의 스위치(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138)는 FET(Field Effective Transistor) 및 다이오드를 포함한다. 따라서, 게이트드라이버(100)는 스위치(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138)의 온오프 상태에 따라 저항값이 변동될 수 있다.
이하, 게이트드라이버(100)의 구조를 상세하게 설명한다.
게이트드라이버(100)는 제1 게이트 저항(111) 내지 제8 게이트 저항(118)을 포함하고, 제1 스위치(131) 내지 제8 스위치(138)를 포함한다. 제1 게이트 저항(111)은 제1 스위치(131)와 연결되고, 제2 게이트 저항(112)은 제2 스위치(132)와 연결되며, 제3 게이트 저항(113)은 제3 스위치(133)와 연결되고, 제4 게이트 저항(114)은 제4 스위치(134)와 연결된다. 제5 게이트 저항(115)은 제5 스위치(135)와 연결되고, 제6 게이트 저항(116)은 제6 스위치(136)와 연결되며, 제7 게이트 저항(117)은 제7 스위치(137)와 연결되고, 제8 게이트 저항(118)은 제8 스위치(138)와 연결된다. 여기서, 제1 스위치(131), 제3 스위치(133), 제5 스위치(135) 및 제7 스위치(137)는 P형 FET를 포함하고, 제2 스위치(132), 제4 스위치(134), 제6 스위치(136) 및 제8 스위치(138)는 N형 FET를 포함한다.
또한, 제1 게이트 저항(111) 및 제1 스위치(131)는 각각 제2 게이트 저항(112) 및 제2 스위치(132)와 대칭되게 회로를 구성하고, 제3 게이트 저항(113) 및 제3 스위치(133)는 각각 제4 게이트 저항(114) 및 제4 스위치(134)와 대칭되게 회로를 구성한다. 제5 게이트 저항(115) 및 제5 스위치(135)는 각각 제6 게이트 저항(116) 및 제6 스위치(136)와 대칭되게 회로를 구성하고, 제7 게이트 저항(117) 및 제7 스위치(137)는 각각 제8 게이트 저항(118) 및 제8 스위치(138)와 대칭되게 회로를 구성한다.
한편, 제1 게이트 저항 내지 제6 게이트 저항(111, 112, 113, 114, 115, 116)은 IGBT(200)의 게이트와 연결되고, 제7 게이트 저항(117) 및 제8 게이트 저항(118)은 인덕터(300)의 일단과 연결된다. 이 때, 인덕터(300)의 일단은 켈빈 에미터이다.
일 실시예로, 제1 게이트 저항 내지 제6 게이트 저항(111, 112, 113, 114, 115, 116)은 IGBT(200)의 게이트와 연결되어 15V 또는 0V를 발생시킨다. 제7 게이트 저항(117) 및 제8 게이트 저항(118)은 IGBT(200)의 에미터에 연결되어 15V 또는 0V를 발생시킨다. 이와 같이 발생된 전압으로 인해 최종적으로 IGBT(200)의 게이트 및 에미터 양단의 전압은 15V 또는 +15V가 발생하게 된다. 여기서, IGBT(200)의 게이트 및 에미터 양단의 전압은 15V 또는 +15V로 한정되었지만 이에 한정하지 않는다.
한편, 게이트드라이버(100)는 게이트 저항 및 스위치의 개수를 각각 8개로 한정되고, 병렬연결이 되었으나, 이에 한정되지 않고 게이트드라이버(100)가 구동되는 환경에 따라 게이트 저항 및 스위치의 개수를 추가 또는 삭감될 수 있고, 직렬연결이 될 수 있다.
도 4는 종래기술 및 본 발명에 따른 게이트드라이버 구동장치의 IGBT 스위칭 파형을 비교한 그래프이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 게이트드라이버 구동장치(20)는 게이트드라이버(100)의 게이트 저항을 IGBT(200)의 스위칭 상태에 따라 변동하면서 IGBT(200)의 스위칭 속도를 빠르게 할 수 있다.
게이트드라이버 구동장치(20)는 IGBT(200)의 스위칭 신호를 3 구간으로 구분하여 스위칭 상태를 판단한다. 여기서, 제1 구간은 스위칭 신호가 로우인 구간이고, 제2 구간은 스위칭 신호가 로우에서 하이로 변경된 구간이며, 제3 구간은 스위칭 신호가 하이에서 로우로 변경된 구간이다. 이 때, 게이트드라이버 구동장치(20)는 기울기 산출기(500)에서 출력되는 아날로그 신호를 비교기(600)로 디지털 신호로 변환한 다음 스위칭 상태를 판단한다.
즉, 게이트드라이버 구동장치(20)는 기울기 산출기(500)에서 출력되는 아날로그 신호인 dic/dt를 비교기(600)로 디지털 신호인 Vid로 변환한다. 게이트드라이버 구동장치(20)는 제어기(700)를 통해 Vid로부터 IGBT(200)의 컬렉터의 전류인 ic 및 IGBT(200)의 컬렉터 및 에미터 양단의 전압인 VCE를 도출하여 스위칭 상태를 판단한다. 특히, 게이트드라이버 구동장치(20)는 제2 구간에서 제3 구간으로 넘어가는 시점에 게이트 저항을 최소 저항으로 변동시켜 IGBT(200)의 스위칭 속도를 빠르게 할 수 있다.
한편, 종래기술에 따른 저항이 일정한 게이트드라이버 구동장치는 본 발명에 따른 게이트드라이버 구동장치(20)와 달리 IGBT의 스위칭 상태에 변화없이 일정한 저항을 지원함으로써, 본 발명보다 IGBT의 스위칭이 느리게 구동된다. 따라서, 전력손실(Ploss) 상태를 보면, 종래기술은 본 발명에 비해 빗금 친 부분만큼 스위칭 손실이 발생한다는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 게이트드라이버 구동방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 게이트드라이버 구동방법은 IGBT(200)의 스위칭 속도를 빠르게 하여 스위칭 손실을 줄임으로써, 시스템 효율을 높일 수 있다.
S810단계에서, IGBT(200)의 게이트 및 에미터 양단에 전압차가 발생되면, 게이트드라이버 구동장치(20)는 인덕터(300) 양단 사이의 전압을 이용하여 IGBT(200)의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출한다. 여기서, IGBT(200)의 게이트 및 에미터 양단의 전압차는 모터를 구동시키면 발생될 수 있다. 게이트드라이버 구동장치(20)는 전술된 [수학식 1]을 이용하여 전류의 기울기를 산출할 수 있다.
S830단계에서, 게이트드라이버 구동장치(20)는 산출된 전류의 기울기를 이용하여 IGBT(200)의 다음 스위칭 상태가 결정되도록 복수개의 게이트 저항이 포함된 게이트드라이버를 제어한다. 게이트드라이버 구동장치(20)는 IGBT(100)의 스위칭 속도가 빨라지도록 복수개의 게이트 저항과 연결된 스위치를 온오프 시켜 저항값을 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 게이트드라이버 구동시스템 20: 게이트드라이버 구동장치
100:게이트드라이버 111: 제1 게이트 저항
112: 제2 게이트 저항 113: 제3 게이트 저항
114: 제4 게이트 저항 115: 제5 게이트 저항
116: 제6 게이트 저항 117: 제7 게이트 저항
118: 제8 게이트 저항 131: 제1 스위치
132: 제2 스위치 133: 제3 스위치
134: 제4 스위치 135: 제5 스위치
136: 제6 스위치 137: 제7 스위치
138: 제8 스위치 200: IGBT
250: 다이오드 300: 인덕터
400: 제어부 500: 기울기 산출기
600: 비교기 700: 제어기
750: 제어신호

Claims (11)

  1. 게이트(gate)가 복수개의 게이트 저항을 포함하는 게이트드라이버와 연결되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor);
    일단이 상기 게이트드라이버, 상기 IGBT의 에미터(emitter) 및 켈빈 에미터(kelvin emitter)와 연결되고, 타단이 파워 에미터(power emitter)와 연결되는 인덕터;
    상기 인덕터의 양단 사이에 걸린 전압을 이용하여 상기 IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출하고, 상기 산출된 전류의 기울기를 이용하여 상기 IGBT의 다음 스위칭 상태가 결정되도록 상기 복수개의 게이트 저항을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 복수개의 게이트 저항과 각각 연결된 트랜지스터의 온오프(on/off)를 제어하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 게이트드라이버 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 IGBT는,
    캐소드(cathode)가 컬렉터(collector)와 연결되고, 애노드(anode)가 에미터와 연결되는 다이오드;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트드라이버 구동장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인덕터의 양단 사이에 걸린 전압을 이용하여 상기 IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출하는 기울기 산출기;
    상기 산출된 전류의 기울기에 대한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 비교기; 및
    상기 변환된 디지털 신호를 이용하여 상기 IGBT의 스위칭 상태를 판단하고, 상기 판단된 스위칭 상태를 기초로 상기 복수개의 게이트 저항을 제어하여 상기 IGBT의 다음 스위칭 상태를 결정하는 제어기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트드라이버 구동장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 기울기 산출기는,
    하기 수학식을 이용하여 상기 전류의 기울기를 산출하는 것을 특징으로 하는 게이트드라이버 구동장치.
    [수학식]
    Figure 112017011112569-pat00003

    (여기서, di/dt는 시간에 따른 전류 값으로써, IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 의미하고, VLE는 인덕터의 양단 사이에 걸린 전압을 의미하며, LE는 인덕터의 인덕턴스를 의미함)
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 디지털 신호가 로우(low)인 제1 구간, 상기 디지털 신호가 로우에서 하이(high)로 변경된 제2 구간 및 상기 디지털 신호가 하이에서 로우로 변경된 제3 구간으로 구분하여 상기 IGBT의 스위칭 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 게이트드라이버 구동장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 디지털 신호가 하이에서 로우로 변경되면 상기 복수개의 게이트 저항에 대한 저항값이 변경되도록 제어하는 것을 특징을 하는 게이트드라이버 구동장치.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 IGBT의 스위칭 속도가 빨라지도록 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 게이트드라이버 구동장치.
  9. 복수개의 게이트 저항을 포함하는 게이트드라이버;
    게이트가 상기 게이트드라이버와 연결되는 IGBT;
    일단이 상기 게이트드라이버, 상기 IGBT의 에미터(emitter) 및 켈빈 에미터(kelvin emitter)와 연결되고, 타단이 파워 에미터(power emitter)와 연결되는 인덕터; 및
    상기 인덕터의 양단 사이에 걸린 전압을 이용하여 상기 IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출하고, 상기 산출된 전류의 기울기를 이용하여 상기 IGBT의 다음 스위칭 상태가 결정되도록 상기 복수개의 게이트 저항을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 복수개의 게이트 저항과 각각 연결된 트랜지스터의 온오프를 제어하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 게이트드라이버 구동시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 게이트드라이버는,
    상기 복수개의 게이트 저항 중 일부가 상기 IGBT의 게이트와 연결되고, 상기 복수개의 게이트 저항 중 나머지가 상기 인덕터의 일단과 연결되는 것을 특징으로 하는 게이트드라이버 구동시스템.
  11. 게이트가 복수개의 게이트 저항을 포함하는 게이트드라이버와 연결되는 IGBT의 게이트 및 에미터 양단에 전압차가 발생되면,
    게이트드라이브 구동장치가 인덕터 양단 사이의 전압을 이용하여 상기 IGBT의 스위칭 상태에 대한 전류의 기울기를 산출하는 단계; 및
    게이트드라이브 구동장치가 상기 산출된 전류의 기울기를 이용하여 상기 IGBT의 다음 스위칭 상태가 결정되도록 복수개의 게이트 저항이 포함된 게이트드라이버를 제어하는 단계;를 포함하되,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 복수개의 게이트 저항과 각각 연결된 트랜지스터의 온오프를 제어하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 게이트드라이버 구동방법.
KR1020170014860A 2017-02-02 2017-02-02 게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법 KR101834756B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170014860A KR101834756B1 (ko) 2017-02-02 2017-02-02 게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170014860A KR101834756B1 (ko) 2017-02-02 2017-02-02 게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101834756B1 true KR101834756B1 (ko) 2018-03-07

Family

ID=61688529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170014860A KR101834756B1 (ko) 2017-02-02 2017-02-02 게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101834756B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230078177A (ko) * 2021-11-26 2023-06-02 한국전자기술연구원 전력반도체 보호 장치
KR20230078236A (ko) * 2021-11-26 2023-06-02 한국전자기술연구원 과전류 보호기능을 포함하는 병렬구동 가능한 게이트 구동회로
CN116865624A (zh) * 2023-05-17 2023-10-10 小米汽车科技有限公司 电驱功率器件的控制方法、装置及车辆

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230078177A (ko) * 2021-11-26 2023-06-02 한국전자기술연구원 전력반도체 보호 장치
KR20230078236A (ko) * 2021-11-26 2023-06-02 한국전자기술연구원 과전류 보호기능을 포함하는 병렬구동 가능한 게이트 구동회로
KR102638883B1 (ko) * 2021-11-26 2024-02-22 한국전자기술연구원 전력반도체 보호 장치
KR102702842B1 (ko) 2021-11-26 2024-09-05 한국전자기술연구원 과전류 보호기능을 포함하는 병렬구동 가능한 게이트 구동회로
CN116865624A (zh) * 2023-05-17 2023-10-10 小米汽车科技有限公司 电驱功率器件的控制方法、装置及车辆
CN116865624B (zh) * 2023-05-17 2024-05-24 小米汽车科技有限公司 电驱功率器件的控制方法、装置及车辆

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10644689B2 (en) Transistor drive circuit and motor drive control apparatus
JP4915158B2 (ja) 電力用スイッチング素子の駆動装置
US8848330B2 (en) Circuit with a temperature protected electronic switch
JP2007228447A (ja) スイッチング素子のゲート駆動回路
CN110932582B (zh) 开关装置、电力转换装置、控制装置以及记录介质
KR101834756B1 (ko) 게이트드라이버 구동장치, 시스템 및 방법
JP6350301B2 (ja) 負荷駆動制御装置および負荷駆動制御方法
JP7198028B2 (ja) ドライバ装置
KR101344613B1 (ko) 인버터 장치
JP6302760B2 (ja) 劣化診断機能を有する電力変換装置
US10658947B2 (en) Semiconductor device, power module, and control method of power conversion device
JP2013115931A (ja) スイッチング素子の駆動回路
CN111106741B (zh) 用于开关的驱动电路
JP5252055B2 (ja) 負荷駆動装置
CN112054793A (zh) 一种mosfet的有源驱动电路和方法
JP2017175221A (ja) 半導体制御回路
WO2022201357A1 (ja) 半導体素子の駆動装置及び電力変換装置
JP2021078166A (ja) 半導体装置の駆動装置および駆動方法、並びに電力変換装置
JP7332767B2 (ja) アクティブゲート駆動信号最適化
JP2024043382A (ja) 電子回路、電力変換装置およびインバータ
JP2012147490A (ja) 電圧駆動型スイッチングデバイスの駆動回路
JPH0843478A (ja) パワー・デバイス回路用特性測定方法
JPH06253529A (ja) パワースイッチング素子駆動用ゲートドライブ回路
JPH059198U (ja) ブラシレスモータ制御回路
JP2017046414A (ja) 電力変換回路の制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant